关于温室效应的论文第六篇：温室效应治理及其特性、检测方法研究
摘要：近一个世纪以来, 全球变暖而导致的气候异常变化已经让人们日益重视并进而演变成人类亟待解决的问题。我们依赖于自然环境生存, 在遵循自然环境法则的同时, 还要根据人类自身的需要对其赖以生存的环境进行适宜地改造, 以提高我们的生活质量。科学勘测表明人类工业革命以来的二氧化碳排放总量比过去16万年的大气二氧化碳含量总和高四分之一[1], 始料未及的是地球的自然生态环境和社会的经济发展却遭到了让人们难以想象的污染和影响。即便全世界人们目前采取各种措施抑制二氧化碳排放, 也并没有任何明显的减缓迹象。
关键词:温室效应;治理;温室气体;检测;
随着社会经济的发展, 人类对大自然由获取资源已经演变成索取资源, 人口的急剧膨胀、高科技产品的广泛和不合理应用给我们赖以生存的地球带来了巨大的负担, 诸多环境问题的出现正是由于人类贪婪而付出的代价, 我们已经“品尝”到了自己在不负责任或没有给予应尽义务的索取过程中所创造的苦果。地球上的物种在呈几何级数加速灭绝, 水域的污染面积不断扩大, 臭氧层遭到了严重的破坏, 水土流失造成了土壤大面积沙漠化, 土地盐碱化造成了大量的资源枯竭, 异常的气候现象频繁到访, 生态严重失调、破坏的现象几乎出现在各个生态领域[2]。为使环境及生态恶化的趋势得到较好地遏制, 我们必须要时时提倡、事事践行关注和保护环境。人类不合理地开发和利用自然资源所导致的生态环境退化而衍生温室效应会给我们带来多方面、大范围的危害, 要想有效地遏制住温室效应对人类生活产生的副作用, 就必须要认真分析温室效应、实施温室气体检测, 并依据检测的结果来制定温室效应的科学合理、行之有效的应对防治和消除措施。
1 研究温室效应治理的必要性
1.1 温室效应治理仍然是科学界的攻关难题
人类在温室效应的治理上采取了一些措施, 全球气候变暖等环境问题在一定程度上得以缓解, 但是, 其日益严重的趋势并没有得到根本的改变。导致全球变暖的罪魁祸首是温室气体的大量排放, 有效遏制温室气体也就成为治理温室效应的重点。如何在保证人类正常消耗的前提条件下, 同时减少温室气体排放、遏制住全球变暖的趋势和避免未来自然灾害的发生已经成为当下科学界首要的攻坚难题。
1.2 自然生态环境的自我修复功能仍在降低
生态系统是一个动态的闭环系统, 它需要不断地输入能量, 并经过新陈代谢, 才能促进许多基础物质在生态系统中不断地进行循环。自然环境中相对活跃的生态系统是依赖于动态的活动效应发展而变化的。倘若自然生态系统处于静止状态, 就意味着该系统已经在某一个环节出现了问题, 进而导致了系统的运行搁置。当系统循环相对缓慢, 甚至于处于静止的不循环状态时, 就意味着生态系统在运行过程中已经出现了问题, 正在逐渐走向崩溃的边缘。
在生态学领域中, 生态系统中的循环与其中的碳循环以及全球温室效应的关系是非常密切的。作为一个主要结构和功能单位, 生态系统属于生态学研究的最高层次。世界上公认的生态系统中, 湿地、森林、海洋这三大系统是价值最高的生态系统。随着人类科学技术水平的不断提高, 对自然界的认识不断地扩展, 也相应地直接或者间接地影响着这些生态系统的自然循环过程。在一些生物圈中, 由于人类的过度索取, 导致了自然生态环境的自我修复功能失效, 从而出现了地球环境恶化的问题。人类现在已经意识到生态失衡的后果非常可怕, 正在寻找各种补救措施。一方面, 要让人类继续按照自己的方式生存下去, 另一方面, 还要让自然环境按照它自己的环境延续下去。这就是生态环境可持续发展的意义。
1.3 极端天气频发现象仍未得到有效的控制
多少年来, 厄尔尼诺现象频发给人类的一些地区带来了严重的生存威胁, 海啸、龙卷风、地震以及火山喷发等不可避免的自然灾害与人类的生活存在着直接或者间接的关系。从厄尔尼诺现象频繁发生到逐年递增的趋势可以证实人类并不是造成厄尔尼诺自然现象的唯一因素, 但是, 人类是厄尔尼诺现象的主要推动者, 由于人类的过渡索取和无节制的排放污染物而造成的厄尔尼诺现象正在步步向人类逼近, 并实施各种报复行动。正如一些科学家所认为的, 人类正在用自己的双手创造自己的财富, 同时, 又在为自己制造了更大的灾难。也就是说, 在人类导致全球变暖的同时, 也让地球上的气候出现了一些不符合自然规律的变化。
从目前温室效应所导致的频发的自然灾害现象来看, 人类对生物圈的影响主要在于人类向大气中排入了大量的二氧化碳等吸热性强的物质所造成的温室效应、排入的氟氯碳化物对大气臭氧层的破坏、工业排放导致的酸雨, 以及其它一些有毒的物质的排放而造成的环境污染[3]。
2 温室效应治理措施
温室效应许多年前就已广受关注, 但一直苦于无法找到卓有成效的解决方法。目前普遍运用的办法是控制消耗、倡导低消耗以避免温室效应扩大化、让自然环境维持在自我修复和良性循环的状态。然而, 要使已经遭到严重破坏的生态环境得以恢复, 就需要运用科学的方法。生态环境要重新恢复并实现平衡, “保护”只是采取必要措施的第一步, 运用必要的措施让生态平衡的状态循环下去才是最重要的, 自然生态更好地发展才是真正地实现生态环境可持续发展的意义所在。目前, 温室效应治理主要有禁用氟氯碳化物、保护森林、改善汽车燃料使用、提高能源使用效率、汽机车的排气限制、鼓励使用太阳能、使用清洁能源、建立生态自然保护区等措施[4]。每种治理方法都有各自的特点和独到的功效, 只有综合使用才能收到事半功倍的功效。
2.1 京都议定书的影响和作用
《京都议定书》的审议通过, 说明了人类对环境生态保护意识已经提升到了一个更高的层次。加强森林的可持续经营和植被的恢复以及保护就已经认可了森林碳汇对减缓气候变暖的作用。
造林是人类目前所能够想到的一个比较具有实际意义的措施。树木的成活率比较高, 而且繁衍比较快, 对于环境, 还可以因地制宜地栽种各种树木。伴随着树木成长的, 还有各种植被以及微生物繁殖生长, 这些都是对生态环境不断自主完善的过程。由此, 现在的一些科学家开始考虑通过植被和土壤让这些释放出来的碳贮存起来。碳的排放量增多, 如果都被输入到空气中, 必然会对全球的自然生态以及气候产生不利的影响, 但是, 碳还是地球上不可或缺的元素。
当认识到森林碳汇对减缓温室效应具有一定的作用后, 一些国家开始施行了多种形式的绿化工程。为了保证绿地面积, 已经采取了人工造林的措施。通过植树造林, 将森林植被重新恢复, 将被毁坏的森林重新保护起来, 对一些人工的树林采取科学的经营管理模式。事实上, 人工规划植树造林, 包括在城市中已经人口聚居地的周边种植上各种树木, 目的就是为了稀释人类在其工作、生活以及各种其他的活动中所排放出的二氧化碳。在空气污染程度已经严重到不得不采取措施解决的环境状态下, 采取植树造林的方法是清除空气中二氧化碳最直接和最有效的, 也是最便利而且低成本的措施。根据一些资料上所显示的科学数据, 在地球上的总陆地面积中, 森林的占地面积已经达到了将近30%, 可是, 森林植被区的碳储量竟然可以高达陆地碳库总量的50%。森林面积的增加, 起到了减缓地球上温室效应的作用。
2.2 生态自然保护区建立的意义和效能
建立自然生态保护区, 可以将自然保护与科学研究融为一体, 以科学的方式来保护各种类型生态系统, 其目的就是通过这种方法来保存生物遗传的多样性。
自然保护区是一个复合的管理结构, 从环境检测到管理人员的培训, 通过各种示范作用, 让人民提高自然保护意识, 并号召广大民众参加到这种公益活动之中。大力普及自然保护区相关科学知识和机能, 通过全球性网络资源, 可以让生态系统保护和管理的研究资料得到共享, 让人类了解维持生态系统持续发展的价值。
2002年联合国环境署所公布的权威研究数据显示, 地球上的湿地生态系统每年所创造的价值要比热带雨林高出7倍之多。经初步计算, 每年平均1 hm2湿地生态系统要创造出高达1.4万美元的价值。这个数据, 相当于农田生态系统的160倍。
一些生态学家已经对于地球上的具有重要创造价值的湿地提出了具有一定可行性意义的保护措施。可是, 到目前为止, 世界湿地资源还是面临着诸多的威胁。
虽然面临着湿地的资源匮乏, 有关自然生态保护机构已经着手实施了一系列的湿地保护措施, 但是由于保护的措施还不很完善, 使得长期以来保护管理能力薄弱, 加之自然湿地已经遭到了严重的破坏, 在自然生态无法自我修复的情况下, 人类采取了相应的保护和修复以保证湿地生态平衡的措施, 结果却并不尽如人意。主要是由于人类在挽救自然生态的同时, 索取和利用的行为始终没有停止过。这就导致了湿地修复的进度缓慢。
对于自然生态环境的保护方面, 可以通过建立自然生态保护区的方式来保持自然资源以及生物物种的多样性。而且生物的良性循环也会给人类带来取之不尽用之不竭的利益。而人类消耗自然资源的速度, 已经远远超过了大自然再造资源的速度, 可想而知, 在地球上所生存的其它生物的生存空间不断地被压缩。所以, 生态保护的前提是人类对于自然资源的消耗要控制在一定的范围内。特别是要以不侵害到野生生物的生存空间, 让生物在为人类所利用的同时, 还可以自我恢复为底线, 实现地球生物物种的可持续发展。
3 温室气体的成因和影响
二氧化碳是温室气体中的主要成分。为了减缓生态恶化, 就需要人类减少二氧化碳的排放量。经历了工业经济的发展阶段, 导致了自然能量耗费增多的同时, 排放出的污染物也大量地输入到了大气中, 全球变暖已经是现代人必须要面临的问题。目前人类正在大力倡导低碳生活, 并已经形成了全球化理念。其目的就是要求人类的生活细节需要有所改变, 以缓解由于工业发展而导致的自然生态失衡。当今人类对于自然资源的耗费过度, 已经造成了严重的后果, 并正在为此而付出代价。“低碳生活”就是倡导人类要在生活中将所耗费的能量尽量减少到自然生态可以自我平衡的状态, 这样就不至于妨碍到生态的可持续发展。
3.1 温室气体的成因分析
温室气体的来源非常广泛。城市中的温室气体排放主要是工业排放和汽车尾气排放。温室气体中的主要成分是二氧化碳, 为化石燃烧后所释放出来的气体。温室气体中的甲烷多属于天然排放物。由于人为活动造成的甲烷排放, 多数由于人类所排放的污染物造成了自然水体污染, 城市生活垃圾、工业污染物等没有经过技术处理直接排放到自然水体中, 就会导致水污染, 形成甲烷排放的现象[5]。甲烷的自然排放主要是自然界中的生物经过厌氧腐蚀和分解之后所形成的, 水体没有较高的流动性的环境条件, 诸如湿地、湖泊这些缺少流动水的区域, 会有天然的甲烷排放出来。但是, 天然排放的甲烷通常并不会对自然环境造成污染, 对温室效应也不会起到重要的推动作用。在自然环境状态下, 如果有甲烷排放出来, 就会在大气环境中获得消解, 达到新的平衡。然而, 人类频繁活动区域就会产生大大不同的情境了。人类生活需要消耗大量的自然资源, 同时制造了各种污染物被排放到环境当中, 在有限的环境区域内的自然破坏已经超出了自然界的自我恢复能力。农村的畜牧活动、城市的工业废水以及工业制造过程中的各种废弃物, 都会在环境作用下发生化学反应而释放出甲烷气体。
氧化亚氮的排放一般与农业和畜牧业存在着直接的关系。工业生产也会排放出氮元素, 但是在制造业生产过程中, 作业者在每一个操作程序中所使用的原料一般为硝酸以及以硝酸为反应原料的二乙酸。
3.2 温室气体的机理作用
温室气体本身是自然存在的, 并不会对自然生态环境造成严重的影响, 相反, 温室气体是地球上空大气中的自然组成部分。由于有了温室气体的存在, 才会使太阳照射到地面后所反射的辐射被吸收, 并对所吸收的能量进行重新分配, 比如二氧化碳、水蒸气以及制冷剂等等, 都是重新发射辐射的气体。有人说, 温室气体就好像是地球的一个保护罩, 将温暖的空气罩在了地球大气层以内, 阻止了其向太空散射。这种形象的比喻, 正说明了温室是将太阳照射到地面而形成的太阳辐射截流, 导致地球表面变暖。如果温室气体过多, 就会导致地球表面的空气温度提升, 形成加热温室的效果。之所以温室气体能够导致全球变暖, 是因为能够对太阳辐射中所存在的可见光具有较高的渗透性, 同时还能够吸收地球反射的长波辐射, 将地面辐射中所含有的红外线高度吸收, 因此而导致全球的气候变暖[6]。这就是我们常说的“温室效应”。当温室气体的浓度足够高而产生过度温室效应的时候, 就会对全球的气候有所影响, 并造成各种异常性的气候现象。通常我们所认识到的温室气体所导致的全球变暖的后果, 包括全球的降水量重新分配, 极端天气现象频发, 常年封冻的土壤熔化, 冰川消融, 改变了人类已经适应生存居住的环境, 同时影响到人类食物的正常供应。更重要的是, 地球的自然生态系统因此而受到严重威胁。
地球大气中的主要的温室气体里除了二氧化碳和水蒸气之外, 还包括多种化学元素, 诸如臭氧、甲烷以及氧化亚氮等都属于存在于地球大气中的主要化学成分。对温室气体贡献最大的当属于是二氧化碳, 在整个的温室效应中, 由二氧化碳的过多而产生的温室效应会超过50%。相比较而言, 甲烷和氧化亚氮在温室效应中的贡献也是很大的。
3.3 温室气体对环境的影响
近一段时期以来, 由于温室气体所造成的各种气候不正常现象, 让人们对温室气体产生了不少误解。如果没有温室气体的存在, 人类将无法生存下去。但是当温室气体严重超标, 就会导致自然生态失衡, 地球自然环境会相应地发生变化。
温室气体的增加, 特别是二氧化碳的含量过高, 在影响生态系统的同时, 还会对环境气候产生影响。从生物生存的角度而言, 二氧化碳是植物光合作用的重要元素, 以释放出氧气。但是, 如果二氧化碳的浓度过高, 就会很容易引起环境温度频繁变化, 降水规律发生改变, 非常不利于生物的生长和存活。从人类生存的角度而言, 温室气体的增加, 会是气候的生产潜力发生改变, 从而影响了生态系统的初级生产力。人类农业生产过程中, 一旦赖以生存的土壤承载力下降, 就会不利于农业生产, 对人类的生存造成威胁。
相比较于空气中二氧化碳含量增加对光合作用所产生的影响, 其对气候变化的影响力是非常大的, 不仅干扰了生态系统规律性运行, 而且还会影响农业生产以及人类的日常生活。通过对目前的大气状况进行的气候模拟实验发现了空气中二氧化碳的浓度增加会使地球上的热带和寒温带面积会有所扩展, 相应地, 寒带的面积的缩小, 暖热带和副热带面积也会随之缩小。寒温带的面积增加, 荒漠和草原的面积就会加大, 森林覆盖面积就会相对缩小, 而森林是陆地生态系统中最大的碳汇, 对降低温室气体浓度具有巨大的作用。如果森林覆盖面缩小, 而荒漠地带的面积会相对增加, 就会导致地球生态的恶性循环。从农业的角度而言, 由于二氧化碳气体含量的增加而导致的农业科技发展进步缓慢。在进行农业技术改良的过程中, 土地的质量的改善, 农业品种的改良以及品种布局, 农业技术的投入以及农业决策等都要对空气环境中的温室气体含量要求较高。那么, 目前需要对大气中的温室气体进行定期的检测, 随之了解温室气体的含量, 根据温室气体的增加量实施各项生产和生活活动。
4 几种温室气体的特性及检测方法
4.1 氧化亚氮气体
氧化亚氮主要是天然生成, 其中的三分之一是人为生成。大气中的氧化亚氮具有很强的温室效应, 并且会在大气的平流层和对流层中发生光化学反应。在工业生产过程中, 会释放出氧化亚氮, 它是一种工业生产副产品。在催化状态下氮氧化物还原时, 氧化亚氮很有可能就会二次生成。作为臭氧层中的损耗物质之一, 对其进行准确的测定是非常必要的。在我们的日常生活中, 汽车所释放出的尾气会释放出氧化亚氮, 如果在催化作用下, 会出现氧氮分离, 那么其就会浓缩于液氧当中。采用静态箱法进行测定, 就是运用气相色谱将氧化亚氮的成分测定出来[7]。采用这种方法对氧化亚氮进行测量, 检出限可以达到每升2.8×10-10摩尔, 回收率大约为93.94%±3.0%。可见, 采用这种方法检测氧化亚氮, 不仅灵敏度高, 而且操作简单, 重现性好。采用国产气相色谱对氧化亚氮进行检测, 普遍使用由Varian公司生产美国8cmi Ni63电子捕获检测器。在应用领域中, 主要是对燃烧物经过燃烧后所释放出来的氧化亚氮含量进行检测。一些研究专家也会使用63Ni ECD检测器配合SC一1001气相色谱仪, 可以对烟气道中的氧化亚氮进行检测。对海水中的氧化亚氮进行检测, 可以采用常温吹扫捕集———气相色谱。捕集的温度要保持在30℃, 脱附的温度大约为250℃, 大约为10 min的吹扫时间和每秒20毫升的吹扫气流速。
4.2 甲烷气体
在空气中存在过多的甲烷气体, 会使人窒息。这种气体很容易扩散到空气中, 具有极强的渗透能力。由于甲烷气体的性质极为不活泼, 在检测甲烷气体的时候, 可以采用气相色谱仪[8], 对环境空气中的甲烷成分进行测定, 结果发现其在色谱柱中可以获得良好的分离效果, 而且经过分离之后的气体, 就会得出结论:TDX一02碳分子筛柱将甲烷分离出来之后, 经过氢火焰离子化检测器检测, 其检测范围为0.2 mg/m3。使用催化燃烧式气体传感器, 当工作时催化层被加热到400℃的时候, 载体催化元件就会燃烧, 此时, 铂丝线圈的温度就会上升, 通过对电阻进行检测, 就可以测定环境中的气体浓度。用这种方法检测甲烷浓度, 就可以获得良好的效果。监测地面环境空气中甲烷含量, 可以运用吸收光谱仪来实现[9]。运用可调谐二极管激光将光谱吸收之后, 就可以经过上百次的反射, 光程可以到达27 m。在多次与反射池结合的同时, 结合用于微弱信号检测的二次谐波检测技术, 就可以将检测限度达到体积分数低于1×10-7的程度。对甲烷气体进行测试的时候, 使用不同体积的分数, 就可以获得良好的测试结果。在实际应用中, 检测分析要根据实际需要联合不同的技术, 以做到优势互补, 达到其使用要求的目的。
4.3 二氧化碳气体
二氧化碳约占空气体积的0.03%。对于二氧化碳气体的检测, 可以采用二氧化碳检测仪。事实上, 早在二十世纪70年代, 红外光谱检测技术就已经开始被应用于二氧化碳检测了。利用红外吸收型二氧化碳气体传感器对生活垃圾填埋气进行检测[10], 不仅使用便捷, 而且环境抗干扰性良好。此外, 还可以利用开放光路的可调谐半导体激光器对光谱进行调制, 采取波长调制结合二氧化碳检测技术, 测量出二氧化碳气体的浓度值, 以客观地评价生态系统中大气里温室气体的浓度。对于二氧化碳的检测还可以采用对比的方法。将运用时间双光束所检测的数据与空间双光束所测量的数据进行比较, 这两种二氧化碳的检测方法各有千秋, 但空间双光束测量方法更为便捷一些, 检测结果具有再现性, 其具有部件仪器稳定的特点, 而且测量结果的可靠性较强。甚至可以随时将人体所呼出的二氧化碳的浓度和分压检测出来。使用红外光谱法测定不仅操作简单方便, 而且是动态显示的, 对空气中的二氧化碳分析速度快, 更适用于生产过程中对二氧化碳的控制, 或者在线实时检测。
5 结语
在人类看来, 许多自然现象是极具危害力的, 但恰恰就是这些现象, 却是由人类所造成的。科技给人类带来了诸多的便利, 也让人类走入了自己划定的生命局限。此时, 人类需要与大自然和谐相存, 共同发展, 给大自然以生命, 还能够让自己的生命持续下去。要弱化温室效应, 就要对环境空气中的温室气体进行检测, 以约束人类能源消耗和资源浪费的行为。环保主义者、生态学家以及一些环境系统分析人员一直在为地球的生态环境向更好的方向发展而努力工作。这也时刻提醒人们, 自然生态的未来发展趋势会直接影响到人类生存的未来。我们只有一个地球。我们人类作为地球上的一份子, 有义务让地球的未来更美好。
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